近年来,我国轨道交通发展迅速,特别是高速铁路建设和地铁建设方面,然而轨道交通给人们带来更加便捷出行的同时也对车辆运行安全、车辆检修提出了更高的要求。滚动轴承广泛应用于轮轨车辆,是轮轨车辆十分关键且易损的部件,也是轮轨车辆运行过程中的主要故障源之一,保证其安全可靠地运行即发展轮轨车辆轴承状态监测与故障诊断技术对于轮轨车辆运行安全具有重要意义。本文研究得到国家自然科学基金项目“稀疏框架下信号瞬态成分提取及其机械故障预示研究”(编号:51375322)的资助,以轮轨车辆轮对轴承故障诊断为目标,研究轮轨车辆轴承故障模拟及监测诊断系统的搭建,以及基于双调Q小波变换的稀疏诊断方法,并将该稀疏诊断方法运用到轮轨车辆轴承故障模拟及监测诊断系统中,对轮轨车辆故障模拟、故障特征提取等相关问题进行深入地理论和实验分析研究。有效地对轮轨车辆轴承的故障进行模拟,是掌握轮轨车辆轴承故障机理的关键,也是对轴承故障诊断方法验证的基础。首先分析了轮轨车辆转向架结构特点,以及轮轨车辆轮对轴承运行时的受力情况,然后在此基础上建立了轮轨车辆轴承故障模拟及监测诊断系统。该系统由变频驱动电机驱动,由液压加载系统实现轴承径向力加载,可进行轮轨车辆轴承在不同转速、不同载荷情况下的单一故障或多故障模拟实验。针对传统线性信号处理方法和基于频率的分析方法的不足,研究了基于双调Q小波变换的稀疏诊断方法,首先利用不同Q因子小波表示轴承故障信号,再结合形态学成分分析方法和分裂增广拉格朗日收缩算法提取出轴承故障振动信号中低振荡的故障瞬态冲击成分。最后通过仿真信号、实际轴承故障信号分析及与均值滤波、小波阈值和经验模态分解方法的比较,验证了该方法的有效性和优越性。最后,基于轮轨车辆轴承故障模拟及监测诊断系统模拟轴承外圈、滚动体以及内圈故障,并采集不同故障状态下的振动信号,再利用所研究的基于双调Q小波变换的稀疏诊断方法分析不同故障状态下轴承的振动信号,成功提取反映轴承外圈、滚动体以及内圈局部故障的瞬态冲击成分,进一步验证了该方法在轮轨车辆滚动轴承故障诊断应用中的有效性和适用性。本文研究表明,轮轨车辆轴承故障模拟及监测诊断系统能够很好的模拟轮轨车辆轮对轴承故障时的运行情况;基于双调Q小波变换的稀疏诊断方法能够有效地提取轮轨车辆轴承故障模拟系统中轴承局部故障时所产生的瞬态冲击响应成分,这对于轮轨车辆轮对轴承状态监测与故障诊断研究具有重要的意义。